P r es e n t S ta tu s o f L P F 5 0 0 fu lltim e a c a d e m ic - - PowerPoint PPT Presentation

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P r es e n t S ta tu s o f L P F 5 0 0 fu lltim e a c a d e m ic - - PowerPoint PPT Presentation

Mar 08, 2024 194 likes •601 views

M a te ria ls G e n o m e In it ia tiv e (U S A ) 2 011 -2 02 0 M ateria ls In fo rm a tic s In itia tiv e (J a pa n ) 2 01 4- 20 25 M ater ia ls In fo r m atic s In itia tive (J a pa n ) 2 01 4- 20 25 M a te ria ls G e n o m e In s titu

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SLIDE 1

M a te ria ls G e n o m e In it ia tiv e (U S A ) 2 011 -2 02 0

M ater ia ls In fo r m atic s In itia tive (J a pa n ) 2 01 4- 20 25

M A R V E L In itia tive (S w itz e rla n d ) 2 01 4- 20 2 5

M ateria ls In fo rm a tic s In itia tiv e (J a pa n ) 2 01 4- 20 25 M a te ria ls G e n o m e In s titu te (M G I-S H U , C h in a ) M a te ria ls G e n om e E n g ine e r in g (U S T B , C h in a )

T h e Im p o rta n ce o f th e M e nd e lee v (P e rio d ic) N u m b e r in C ry s ta l S tru c tu re P red iction - a D a ta -C e ntric A p p ro a c h

P ie rr e V illa rs M a te r ia l P h a s e s D a ta S ys te m (M P D S ) V itzn a u (S w itze r la n d ) v illa rs .m pd s @ b lu ew in .c h htt p://p a u lin g file .co m htt ps ://m p ds .io

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SLIDE 2

M a te ria ls G e n o m e In it ia tiv e (U S A ) 2 011 -2 02 0

M ater ia ls In fo r m atic s In itia tive (J a pa n ) 2 01 4- 20 25

M A R V E L In itia tive (S w itz e rla n d ) 2 01 4- 20 2 5

M ateria ls In fo rm a tic s In itia tiv e (J a pa n ) 2 01 4- 20 25 M a te ria ls G e n o m e In s titu te (M G I-S H U , C h in a ) M a te ria ls G e n om e E n g ine e r in g (U S T B , C h in a )

A D a ta -C e n tric A p p ro a c h T he PA U L IN G F IL E p roje c t

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SLIDE 3

h ttp s ://cry s td b .n im s .g o .jp 3 9 7 '0 0 0 c rys ta l stru c tu re e n trie s

s u m m a riz in g o v e r 1 8 5 '0 0 0 s e le c te d p ub lic a tio n s

(a ll d o ne b y pro fes sio n a l ex p er ts )

P r es e n t S ta tu s o f L P F

5 9 '0 0 0 p h a se d ia g ra m s 1 4 0 '0 0 0 p h ys ic a l p r o p e rtie s (8 0 0 '0 0 0 p ro p e rtie s c o u nts) 2 7 0 '0 0 0 b iblio g r a p h ic e n trie s D u rin g la s t 2 5 y ea rs : 5 0 0 fu lltim e a c a d e m ic m a n p o w e r h a v e b e e n in v es te d U p to n o w u s e d fu n d s : 30 M io . E u ro 1 2 pro du c ts c on ta in L P F da ta : A to m W o rk /A tom W o rk -a d va n ce d (N IM S ) A lloy P ha se D ia g ra m C e nte r (A S M ) L P F in S p rin g erM ate ria ls (S p rin g er) M P D S p la tfo rm (M P D S /M D In c .) P e a rs on 's C ry sta l D a ta ( A S M ) C o ord in a tes in P D F 4 + (IC D D ) ... h ttp s ://m p d s .io S in c e ¡J a n u a ry ¡2 0 1 6 ¡e q u a lly c o p y rig h te d ¡b y ¡N IM S ¡a nd ¡M P D S P A U L IN G ¡F IL E ¡w a s ¡ s ta rte d ¡in ¡1 9 9 4 a s ¡ c o lla b o ra tio n ¡b e tw e e n ¡J S T ¡a n d ¡M P D S h ttp ://pa u lin g file .c o m

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SLIDE 4

C ritic a l E v a lu a tio n a n d C o n s eq u e n t S ta n d a rd iz a tio n is a M U S T

A ll d o n e b y p ro fe s s io n a l e x p e rts (n o t b y s tu d e n ts )

0: RDBMS Level 1: Field Level 2: Data Set Level 3: Chemical System Level 4: Structure Type Level 5: Phase Level 6: Database

E S D D

E v a lu a tio n , S ta nd a rd iz a tio n , D e riv ed D a ta

F o r a n y D a ta M in in g Te c hn iq u e th e fo llo w ing is v alid:

G a rb a g e in - G a r b a g e o u t

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SLIDE 5

D a ta b a s e P ro d u c e r 3 w h o c a n c a lc u la te d a ta w it h e x p lic it d e fin it io n s P r o f e s s io n a l c o m - p u ta tio n a l s c ie n c e e x p e r ts n a tio n a l p r o je c t s D a ta b a s e P r o d u c e r 2 p ro d u c in g d a ta s e t s o f h ig h e s t q u a lity fr o m a v a ila b le d a ta s o u rc e s P r o f e s s io n a l d a ta e x p e r ts e d ito r re v ie w e d D a ta b a s e P ro d u c e r 1 w h o p u b lis h

  • r ig in a l p a p e rs o n

e x p e rim e n ta l a n d / o r c o m p u ta tio n in e - jo u rn a l / e -b o o k s A u th o r s p e e r re v ie w e d F irst P a ra d ig m E x pe rim en ta l S c ie nc e S e c o n d P ar a d ig m T h eo re tic al S c ie nc e T h ird P ar a d ig m C om p utatio na l S c ie nc e

T h e F o u rth P a ra d ig m a n d th e p r e s e n t m ate ria ls d a ta b a s e s itu a tio n

T h ir d P ara d ig m C o m p utatio n a l S c ie nc e

PA U L IN G F IL E M A R V E L

F o u r th P a ra d ig m : e S c ie n c e : D a ta -In ten s ive D is co v ery th ro ug h D ata E x p lo ra tio n

O nly p os sible if lin ke d B ut ho w ? 1 2 3

F ou rth P a ra d ig m c an n o t b e p re se n tly a p p lie d to m a te ria ls d a tab a s e s.

4

L IN K th ro u g h C h e m ic a l S y s te m a n d C h e m ica l F o rm u la (a v a ila b le in a ll m a te ria ls d a ta b a s e s) in a b o u t 5 0 % o f ca s e s th e re e x ists 'B e rth o llid e P h a se s ' + 'P o lym o rp h is m ' + M in e ra ls IS N O T P O S S IB L E A S

S e co n d P ar a d ig m T h eo re tica l S c ie nc e

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SLIDE 6

F u tu r e D e v e lo p m e n t

P.V illa rs M a te r ia l P h a s e s D a ta S y s te m ( M P D S ) V itz n a u ( Sw it ze r la n d ) villa rs .m p d s@ b lu e w in .c h h ttp :// p a u lin g file .c o m h ttp s :// m p d s .io

M P D S p la t fo rm

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SLIDE 7

"h a ve a try " w w w.m p d s .io

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SLIDE 8

M a te ria ls G e n o m e In it ia tiv e (U S A ) 2 011 -2 02 0

M ater ia ls In fo r m atic s In itia tive (J a pa n ) 2 01 4- 20 25

M A R V E L In itia tive (S w itz e rla n d ) 2 01 4- 20 2 5

M ateria ls In fo rm a tic s In itia tiv e (J a pa n ) 2 01 4- 20 25 M a te ria ls G e n o m e In s titu te (M G I-S H U , C h in a ) M a te ria ls G e n om e E n g ine e r in g (U S T B , C h in a )

D ata M in in g b y u s in g E le m e nta l P ro p e rty P a ra m e ter s (E P P ) (G o v e rnin g F a cto rs ) + th e PA U L IN G FIL E H o w m a n y d is tin ct G o ve rn in g F a c to rs ex is t?

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SLIDE 9

1 9 M t 6 9 1 8 H s 6 5 1 7 B h 6 1 1 6 S g 5 7 1 5 D b 5 3 1 4 R f 4 9 4 B e 8 1 1 2 U u b 8 1 1 1 3 U u t 8 7 4 9 In 8 5 3 1 G a 8 4 5 B 8 2 6 C 8 8 5 S n 9 1 1 1 4 U u q 9 31 1 5 U u p 9 9 7 N 9 4 8 O 1 1 4 S i 8 9 1 2 M g 9 1 6 S 1 1 3 4 S e 1 2 3 3 A s 9 6 5 2 T e 1 3 5 1 S b 9 7 1 1 6 U u h 1 51 1 7 U u s 1 1 1 5 3 I 1 9 3 5 B r 1 8 9 F 1 6 1 N e 1 1 3 1 8 A r 1 1 4 3 6 K r 1 1 5 5 4 X e 1 1 6

A N P N

7 9 A u 7 6 7 8 P t 7 2 7 7 Ir 6 8 7 6 O s 6 4 7 5 R e 6 7 4 W 5 6 7 3 T a 5 2 7 2 H f 4 8 8 H g 8 8 2 P b 9 2 8 3 B i 9 8 8 5 A t 1 1 0 8 6 R n 1 1 7

IV A IB V IB IV B IIIB V IIIB V B V IIIB IIIA V IA V IIIA V IIA V IIIB IA IIA V IIB IIB V A 1 4 1 1 6 4 3 9 5 8 1 3 1 6 1 8 1 7 1 Q N 1 5 7 3 4 6

3 L i 2 1 1 N a 3 1 9 K 4 3 7 R b 5 5 5 C s 6 8 7 F r 7 5 6 B a 1 2 3 8 S r 1 1 2 C a 1 0 2 1 S c 1 4 2 2 T i 4 6 2 3 V 5 0 2 4 C r 5 4 2 5 M n 5 8 2 6 F e 6 22 7 C

  • 6

6 2 8 N i 7 3 Z n 7 8 3 9 Y 1 5 4 Z r 4 7 4 1 N b 5 1 4 2 M

  • 5

54 3 T c 5 9 4 5 R h 6 7 4 4 R u 6 3 4 6 P d 7 14 7 A g 7 5 1 1 1 R g 7 7 1 1 D s 7 3 4 8 C d 7 9 1 3 A l 8 3 1 5 P 9 5 2 9 C u 7 4 3 2 G e 9 1 7 C l 1 7 2 H e 1 1 2 1 1 8 U u

  • 1

1 8 8 8 R a 1 3

1 2 7 1 2 1 5 2

8 1 T l 8 6 8 4 P

  • 1

4

IV A IB V IB IV B IIIB V IIIB V B V IIIB IIIA V IA V IIIA V IIA V IIIB IA IIA V IIB IIB V A

1 H 1

1

I) Pattern within Materials Properties Materials Properties

1

20

4 5 6 10 9 8 12 44 45 47 48 5 5 1 54 53 56 59 62 65 70 75 13 14 16 1 8 20 22 24 26 28 32 30

C s 55 Fr 87 R a 88 Ba 56 R e 75 W 74 T a 73 H f 72 L a 57 A c 89

1500 2000 2500 3000

NaCl,cF8,225 AuCu ,cP4,221 ¤

2 3 4 6 8 10 15 density ¡[Mg ¡m‰ … ]

T ¡[°C ]

m

Fleischer Plot Materials Properties

Materials Properties

R.L. Fleischer, J. Mater. Sci. (1987), 22, 2281

Two principal different ways of Data Mining: Data Mining

PAULING FILE

No Link to Periodic Table established

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SLIDE 10

II) Linking Elemental Property Parameters of A, B and Materials Properties of A-B (AB)

x y

1 .22 1.2 2 1 .22 1.23 1.2 3 1 .23 1.2 4 L r1 03 N

  • 10

2 M d 101 F m 100 Es 99 C f 89 Bk 97 1.19 1.2 1 .20 1.20 1.21 1 .21 1.2 1 1.21 1.2 8 1.51 1 .44 C m 9 6 A m 95 Pu 9 4 N p 9 3 U 92 Pa 91 T h 9 A c 89

Materials Property

  • f A-B resp. A B

x y

2.85 2.70 2.25 2 .55 3.25 3.80 4.25 4 .65 4.45 4.93 5.1 5 .20 4.45 4.10 4.05 4.20 3.45 3.9 3.9 4.1 4.2 5.3 5.05 6.24 4.70 4.55 4.10

1

4.15 4 .80 5 .55 6 .86 4 .40 4 .15 5.2 3.21 3.2 1 3.22 3 .22 3.22 3.2 2 3.22 L i 3 N a 1 1 K 19 C a 20 Sc 21 T i 22 V 23 C r 24 M n 2 5 F e 2 6 C

  • 27 N

i 28 Z n 30 Ag 47 Au 79 Gd 64 C m 96 B e 4 C d 4 8 H g 8 0 T l 81 In 49 G a 31 A l 13 B 5 C 6 Sn 50 Pb 82 Bi 83 N 7 O 8 P 15 Si 14 M g 12 C u 29 S 16 Se 34 As 33 Ge 32 T e 52 Sb 5 1 Po 84 A t 85 I 53 B r 35 C l 17 F 9 H 1 H e 2 N e 10 Ar 18 Kr 36 Xe 54 R n 86 T b 65 D y 66 H

  • 67 Er 68 T

m 69 Y b 70 Lu 71 Lr1 03 N

  • 102

M d 101 Fm 10 Es 99 C f 89 B k 97

C hem ical P

  • tential a

fter M ied em a X [V ]

m

1 .32 1 .24 1 .24 1 .17 1.1 2 1.1 7 1.3 1 1.3 9 1.7 5 1 .67 1 .77 1 .50 1 .37 1 .15

1

1 .24 1.44 1.65 1.65 1.26 1.16 1 .50 Zn 30 Be 4 C d 48 H g 80 T l 81 In 49 G a 31 A l 1 3 B 5 C 6 Sn 50 Pb 82 B i 83 N 7 O 8 P 1 5 Si 14 M g 1 2 S 16 S e 34 A s 33 Ge 32 T e 52 S b 5 1 P

  • 84 At 8

5 I 53 Br 35 C l 1 7 F 9 H 1 H e 2 N e 10 A r 18 K r 36 Xe 54 R n 86 Tb 65 D y 66 H

  • 6

7 E r 68 T m 6 9 Yb 7 0 L u 71

In te ra to m ic e le c tro n d e n s ity l n l [d e n s ity u n its ]

Elemental Property Parameter of A resp. B

2.10 1.95 2 .32 2 .40 3.20 3.45 3.60 4.05 4.05 4 .65 4 .80 5.20 5.30 5.40 5.40 5.5 5 5.4 5 .65 5 .45 5.15 4.35 3.17 3.25 3 .19 3.19 3.19 3.2 2 .50 3.20 3.30 3.90 3.8 R b 37 C s 55 F r 87 R a 88 Ba 56 Sr 38 Y 39 Z r 40 N b 41 M

  • 42 T

c 4 3 R h 45 R u 4 4 Pd 46 Pt 78 Ir 7 7 O s 7 6 R e 7 5 W 7 4 T a 7 3 H f 72 La 57 C e 58 Pr 59 N d 6 0 P m 61 S m 62 Eu 63 Am 9 5 P u 94 N p 9 3 U 92 Pa 9 1 T h 90 A c 89 0.98 0.82 0.65 0.60 0.55 0.8 1 0.8 4 0.9 1 1 .27 1 .21 1.52 1.41 1.45 1.6 4 1.6 4 1.6 3 1 .73 1 .77 1 .81 1.85 1.81 1.83 1.61 1.77 1.85 1 .83 1 .76 1 .75 1.7 5 1.7 8 1.6 7 1.57 1.36 1.47 L i 3 N a 1 1 K 1 9 R b 37 C s 55 F r 8 7 R a 88 B a 56 S r 38 C a 20 Sc 2 1 T i 2 2 V 23 C r 24 M n 25 F e 2 6 C

  • 27 N

i 28 Y 39 Z r 4 0 N b 41 M

  • 4

2 T c 43 R h 45 R u 4 4 P d 46 Ag 47 Au 79 P t 78 Ir 77 O s 7 6 R e 75 W 74 T a 73 H f 72 L a 57 C e 58 Pr 59 N d 60 Pm 61 Sm 62 E u 63 G d 64 C u 2 9

1 2 3 4 0 .5 1 .0

  • - -
  • -
  • --
  • -
  • - -
  • -
  • -
  • -
  • -
  • -
  • - - -
  • -- -
  • -
  • -
  • -- -
  • -
  • -
  • -
  • - -
  • -
  • - -
  • -
  • -
  • - --
  • -
  • -
  • -
  • -
  • +

+ + + ++ ++ + + ++ + + + + + +++ + + + + + ++ + + + + + ++ + ++ +++ ++ + + + + + + + + + + + + + ++ + ++ + + + + + + +++ + + + + + ++ ++ ++ + + + + + + ++ + ++ + + + ++++ + + + + + + + +++ ++++ + + + + + + + + + + + ++ + + + + + ++ ++ + ++ + + + + + + + + + + + ++ + + ++ + ++ + + + + + + + + + ++ + + + ++ + ++ + + + + + + + +++ + ++ + + + + + + + + ++ ++ + + + + + + + + + + + + +++ + + ++ + + + +++ + + + + + + + + + +

lùXÙ l ¡(V)

lù n ƒ‘… l ¡ (a . u . )

Prediction Ability

Link to Periodic Table established

A.R. Miedema, in Cohesion in Metals (eds. F.R. de Boer and D.G. Pettifor) 1988, North-Holland, Ams terdam

co m po u nd fo rm atio n n o n -c o m p ou nd fo rm a tio n

Data Mining PAULING FILE

1/3 1 / 3

Miedema Plot

slide-11
SLIDE 11

pseudopotential radii (Zunger) [a.u.]

4 5 3 2 1

Elemental Property Paarameter

Elemental Property Parameters (EPP) vs. Periodic Number (PN) Plots

1 9 M t 6 9 1 8 H s 6 5 1 7 B h 6 1 1 6 S g 5 7 1 5 D b 5 3 1 4 R f 4 9 4 B e 8 1 1 2 U u b 8 1 1 1 3 U u t 8 7 4 9 In 8 5 3 1 G a 8 4 5 B 8 2 6 C 8 8 5 S n 9 1 1 1 4 U u q 9 31 1 5 U u p 9 9 7 N 9 4 8 O 1 1 4 S i 8 9 1 2 M g 9 1 6 S 1 1 3 4 S e 1 2 3 3 A s 9 6 5 2 T e 1 3 5 1 S b 9 7 1 1 6 U u h 1 51 1 7 U u s 1 1 1 5 3 I 1 9 3 5 B r 1 8 9 F 1 6 1 N e 1 1 3 1 8 A r 1 1 4 3 6 K r 1 1 5 5 4 X e 1 1 6

A N P N

7 9 A u 7 6 7 8 P t 7 2 7 7 Ir 6 8 7 6 O s 6 4 7 5 R e 6 7 4 W 5 6 7 3 T a 5 2 7 2 H f 4 8 8 H g 8 8 2 P b 9 2 8 3 B i 9 8 8 5 A t 1 1 08 6 R n 1 1 7 3 L i 2 1 1 N a 3 1 9 K 4 3 7 R b 5 5 5 C s 6 8 7 F r 7 5 6 B a 1 2 3 8 S r 1 1 2 C a 1 0 2 1 S c 1 4 2 2 T i 4 6 2 3 V 5 0 2 4 C r 5 4 2 5 M n 5 8 2 6 F e 6 22 7 C

  • 6

62 8 N i 7 3 Z n 7 8 3 9 Y 1 5 4 Z r 4 7 4 1 N b 5 1 4 2 M

  • 5

54 3 T c 5 9 4 5 R h 6 7 4 4 R u 6 3 4 6 P d 7 1 4 7 A g 7 5 1 1 1 R g 7 7 1 1 D s 7 3 4 8 C d 7 9 1 3 A l 8 3 1 5 P 9 5 2 9 C u 7 4 3 2 G e 9 1 7 C l 1 7 2 H e 1 1 2 1 1 8 U u

  • 1

1 8 8 8 R a 1 3 8 1 T l 8 6 8 4 P

  • 1

4 1 H 1

1

first priority second priority

1) Atomic number group 2) atomic size group 3) atomic reactivity group 4) atomic density (atomic affinity) group

About 100 different EPPs' lead to 4 different patterns:

The Periodic Number PN is a slightly more differentiated enumeration of the elements than the AN, since it stresses the role of the valence electrons

After Miedema: The EPP (A,B) have some Prediction Ability for A-B (A B ) Materials Properties

x y

slide-12
SLIDE 12

1 9 M t 6 9 1 08 H s 6 5 1 7 B h 6 1 1 6 S g 5 7 1 5 D b 5 3 1 4 R f 4 9 5 7 La 1 6 5 8 C e 1 8 5 9 P r 2 0 6 N d 2 2 6 2 S m 2 6 6 3 E u 2 8 6 4 G d 3 9 6 C m 3 1 9 5 A m 2 9 9 4 P u 2 7 9 3 N p 2 5 9 2 U 2 3 9 1 P a 2 1 9 T h 1 9 8 9 A c 1 7 4 B e 8 1 1 2 U u b 8 1 1 1 3 U u t 8 7 4 9 In 8 5 3 1 G a 8 4 5 B 8 2 6 C 8 8 50 S n 9 1 1 1 4 U u q 9 3 1 1 5 U u p 9 9 7 N 9 4 8 O 1 14 S i 8 9 1 2 M g 9 1 6 S 10 1 3 4 S e 10 2 3 3 A s 9 6 5 2 T e 1 3 5 1 S b 9 7 1 1 6 U u h 1 51 1 7 U us 1 1 1 5 3 I 10 9 3 5 B r 1 8 9 F 1 6 1 N e 1 1 3 18 A r 1 1 4 36 K r 1 1 5 54 X e 1 1 6 6 5 T b 3 2 6 6 D y 3 4 67 H

  • 36 6

8 E r 3 8 6 9 T m 4 0 7 Y b 42 71 L u 4 4 10 3 L r 4 5 1 2 N

  • 4

3 1 1 M d 41 1 Fm 3 9 99 E s 3 7 9 8 C f 3 5 9 7 B k 3 3

A N P N

7 9 A u 7 6 7 8 P t 7 2 7 7 Ir 6 8 7 6 O s 6 4 7 5 R e 6 7 4 W 5 6 7 3 T a 5 2 7 2 H f 4 8 8 H g 8 82 P b 9 2 8 3 B i 9 8 8 5 A t 1 1 0 86 R n 1 1 7

IV A IB V IB IV B IIIB V IIIB V B V IIIB IIIA V IA V IIIA V IIA V IIIB IA IIA V IIB IIB V A 1 4 1 1 6 4 3 9 5 8 1 3 1 6 1 8 1 7 1 Q N 1 5 7 3 4 6 6 7

3 L i 2 1 1 N a 3 1 9 K 4 3 7 R b 5 5 5 C s 6 8 7 Fr 7 5 6 B a 1 2 3 8 S r 1 1 2 C a 1 0 2 1 S c 1 4 2 2 T i 4 6 2 3 V 5 0 2 4 C r 5 4 2 5 M n 5 8 2 6 Fe 6 2 2 7 C

  • 6

6 2 8 N i 7 3 Z n 78 3 9 Y 1 5 4 Z r 4 7 4 1 N b 5 1 4 2 M

  • 5

5 4 3 T c 5 9 4 5 R h 6 7 4 4 R u 6 3 4 6 P d 7 1 4 7 A g 7 5 1 1 1 R g 7 7 1 1 D s 7 3 6 1 P m 2 4 4 8 C d 7 9 1 3 A l 8 3 1 5 P 9 5 2 9 C u 7 4 32 G e 9 1 7 C l 1 07 2 H e 1 1 2 1 1 8 U u

  • 1

1 8 8 8 R a 1 3

1 2 7 1 2 1 5 2 G N

8 1 T l 8 6 8 4 P

  • 1

4

IV A IB V IB IV B IIIB V IIIB V B V IIIB IIIA V IA V IIIA V IIA V IIIB IA IIA V IIB IIB V A

M E

1 H 1

1

p e rio d ic n u m b e r

first priority

s e c o n d p rio rity T h e M e nd e le e v N um b e r P N is a s lig h tly m o re differen tia ted e nu m e ra tio n

  • f the ele m e n ts th a n th e A N , sin ce it

e m ph a siz e s the ro le of th e v a len ce e lec tro ns

M D

(it im pl ici tly refle cts t h e c o n stru ctio n p rinc ip le o f the P e riod ic S ys te m , w hic h is le ss o b viou s fro m th e A N )

A N , Q N , P N (M e n d e le ev N u m b e r), G N

T h e 4 fu n d a m e n ta l in te g e r E le m e n ta l-P ro p e rt y P a ra m e te r s ( E P P ) :

P N M eyer num ber , P N M end eley ev nu m ber

ME M D

A N a n d P N ( o r e x p r e s s io n o f t h e m ) a r e o p ti m a l e le m en t a l- pr o p e r ty p a r am e te r s to be u se d fo r a n y k in d o f m a te r ia ls o v e rv ie w m a ps a s t h e lin k t o t he P e r io d ic Tab le is s tr a ig h t fo r w a r d .

C h e m . M e t. A llo ys 1 ( 20 0 8 ) 1 - 2 3

slide-13
SLIDE 13

M a te ria ls G e n o m e In it ia tiv e (U S A ) 2 011 -2 02 0

M ater ia ls In fo r m atic s In itia tive (J a pa n ) 2 01 4- 20 25

M A R V E L In itia tive (S w itz e rla n d ) 2 01 4- 20 2 5

M ateria ls In fo rm a tic s In itia tiv e (J a pa n ) 2 01 4- 20 25 M a te ria ls G e n o m e In s titu te (M G I-S H U , C h in a ) M a te ria ls G e n om e E n g ine e r in g (U S T B , C h in a )

w h er e A N is th e A to m ic N u m b er P N is the M en d e le e v N u m b e r k , k a re fittin g p a ra m e te rs to fit e xp e rim e n ta l d a ta k is a s c a ling fa cto r

S Z RE P N

C h em . M et. A lloys 1 (200 8) 1-23

slide-14
SLIDE 14

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

1 - H 11 - S r 2 1 - P a 3 1 - C m 4 1 - M d 5 1 - N b 6 1 - B h 7 1 - P d 8 1 - U ub 9 1 - S n 1 01 - S 111 - U u s

PNM E SZa M E / (SZ

aM E

)

an d R E

a M E

/ R E

a M E

(N e) 0 .2 0 .4 0 .6 0 .8 1 1 .2

Functions (Patterns) within Elemental Property Parameters (EPP) versus Periodic Numbers (PN) Plots

SZ RE

a a

1) Atomic Number pattern 2) Atomic Size pattern 3) Atomic Reactivity pattern

Do we have reached a new qualitative and quantitative Level

  • f Data Mining, as EPP are simple functions of AN and PN?

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

1 - H 11 - Sr 2 1 - Pa 3 1 - C m 4 1 - M d 5 1 - N b 6 1 - Bh 7 1 - Pd 8 1 - U ub 9 1 - Sn 1 01 - S 111 - U u s

PN M E SZ

aM E

/ (S Z

a M E

)

and R E

aM E

/ RE

aM E (Ne)

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

AN AN = f(PN) SZ = f(AN,PN)

a

RA = f(AN,PN)

a

DEa = f(AN,PN)?

SZ /(SZ ) and RE

a a max a a max

/(RE ) AN/(AN)max PN PN

Fundamental Approach: Quantum Simulations Data Mining

PAULING FILE MARVEL

Pragmatic Approach:

complementary

P.Villars et al., Chem. Met. Alloys 1 (2008) 1-23

f(AN) f(AN, PN)

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SLIDE 15

M a te ria ls G e n o m e In it ia tiv e (U S A ) 2 011 -2 02 0

M ater ia ls In fo r m atic s In itia tive (J a pa n ) 2 01 4- 20 25

M A R V E L In itia tive (S w itz e rla n d ) 2 01 4- 20 2 5

M ateria ls In fo rm a tic s In itia tiv e (J a pa n ) 2 01 4- 20 25 M a te ria ls G e n o m e In s titu te (M G I-S H U , C h in a ) M a te ria ls G e n om e E n g ine e r in g (U S T B , C h in a )

M ie d e m a 's Id e a to L in k M a te rials P ro pe rties (e .g . F o rm e r/N o nfo rm er) to its E le m e n ta l P rop erty P a ra m e te rs (E P P ) s olv e d w ith 1 E le m e n ta l P ro pe rty P a ra m e te r: P N M e n de le ev N um b e r

M D

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SLIDE 16

A b o u t 3 0 % o f th e c h e m ic a l s y s te m s h a v e n o co m p o u n d P N A P N B

n n + 1 p6 s n n + 1 p6 s 2 n n + 1 d1 s 2 n n + 1 d2 s 2 n n + 1 d3 s 2 n n + 1 d4 s 2 n n + 1 d5 s 2 n n + 1 d6 s 2 n n + 1 d7 s 2 n n + 1 d8 s 2 n n + 1 d9 s 2 n n+ 1 d1 0 s 2 n n +1 f1-f1 4 s2 n + 1 n + 2 f1 -f1 4 s2 n s2 n p 1 n s2 n p 2 n s2 n p 3 n s2 n p 4 n s2 n p 5 n s2 n p 6

n n+ 1 p 6 s n n+ 1 p 6 s2 n n+ 1 d 1 s2 n n+ 1 d 2 s2 n n+ 1 d 3 s2 n n+ 1 d 4 s2 n n+ 1 d 5 s2 n n+ 1 d 6 s2 n n+ 1 d 7 s2 n n+ 1 d 8 s2 n n+ 1 d 9 s2 n n + 1 d 10 s 2 n n +1 f1-f14 s 2 n +1 n+ 2 f1-f14 s 2 n s 2 n p 1 n s 2 n p2 n s 2 n p 3 n s 2 n p 4 n s 2 n p 5 n s 2 n p 6

N O N O N O N O N O N O b in a ry s y s te m s

co n side ring all d a ta c on ta in e d in L P F

q u in te rn a ry s ys te m s

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SLIDE 17

C hem . M

  • et. A

llo ys 1 (2 008) 1-23

[(P N (A )/(P N ) ,

M D M D m ax.

P N (B )/(P N ) ]

M D M D m

  • ax. m

ax.

[(P N (A )/(P N )

M D M D m a x . * P N

(B )/(P N ) ]

M D M D m a x.

fro m PA U L IN G F IL E in fo rm a tio n fo r 2 '3 1 8 b in a ry s ys te m s

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SLIDE 18

M a te ria ls G e n o m e In it ia tiv e (U S A ) 2 011 -2 02 0

M ater ia ls In fo r m atic s In itia tive (J a pa n ) 2 01 4- 20 25

M A R V E L In itia tive (S w itz e rla n d ) 2 01 4- 20 2 5

M ateria ls In fo rm a tic s In itia tiv e (J a pa n ) 2 01 4- 20 25 M a te ria ls G e n o m e In s titu te (M G I-S H U , C h in a ) M a te ria ls G e n om e E n g ine e r in g (U S T B , C h in a )

PA U L IN G F IL E h as tw o C ry s tal S tru c tu re C la s s ific atio n s :

  • S tru ctu ra l P ro typ e C la s sifica tio n s
  • A to m ic E nv iro n m en t C la s sifica tio n
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SLIDE 19

S truk tu r Be richt N otation (IU C r): e.g .: A 1 , B 1, B 8 1 P earson’s H B N o tation: C u , C lN a, A sN i PA U L IN G FILE N o tation: C u ,cF4,22 5 N a C l,cF 8,225 N iA s,h P 4,194 P rototype P earso n Sy m b ol S pa ce Group N u m b er

A ll ¡ da ta ¡s ets ¡ w ith ¡pu blis h e d ¡c o o rdina te s ¡a re ¡ in ¡th e ¡P A U L IN G ¡F IL E c la s s ified ¡ in ¡P ro to ty p es , ¡fo llo w in g ¡ th e ¡ c r iteria ¡d e fine d ¡in ¡T Y P IX .

A c c o rd in g ¡to ¡th is ¡d e fin itio n ¡is o ty p ic ¡c om p o u n d s m u s t ¡ c ry s ta lliz e ¡in :

  • ­‑ ¡s a m e ¡s p a c e ¡g ro u p
  • ­‑ ¡h a v e ¡s im ila r ¡c e ll ¡p a ra m e te r ¡ra tio s
  • ­‑ ¡o c c u p y ¡s a m e ¡W y c k off ¡p o s itio n s ¡(s ta n d a rd iz e d ¡c e ll)
  • ­‑ ¡s a m e ¡o r ¡s im ila r ¡v a lu e s ¡o f ¡th e ¡a to m ¡c o o rd in a te s

If ¡ a ll ¡the s e ¡ c rite ria ¡a re ¡fu lfille d, ¡ th e ¡ a to m ic ¡ en viro nm e n ts ¡s ho u ld ¡be ¡ s im ila r

(N o ¡d is tin c tion ¡is ¡ m a d e ¡b etw ee n ¡s tru c tur es ¡ w ith ¡ fu lly ¡a nd ¡ pa rtly ¡ oc c u pie d ¡ a to m ¡ s ites )

S tru c tu ra l ¡P ro to ty p in g ¡C la s s ific a tion

S im p lic ity S c ien tific a lly ¡rig o ro us

  • E. P a rth e, L . G e la to, B . Ch a b ot, M . P e nz o , K . C e nz u a l a n d R. G la dy s he v sk ii, G me l in

Ha n dbo o k of In o rg an ic a n d O rg a n om e tallic Ch e m is try, 8 th E d . TY P IX - S tan d ar diz ed Da ta an d Cry sta l Ch e m ic al Ch a ra cte rizatio n o f In o rga n ic S tru c tu re T yp e s, 4 v o lu m e s,

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SLIDE 20

1 00 0 2 00 0 3 00 0 4 00 0 5 00 0 6 00 0 1 6 1 1 1 6 2 1 2 6 3 1 3 6 41 4 6 5 1 5 6 6 1 6 6 7 1 7 6 8 1 8 6 9 1 9 6

N um ber of representatives per p rototype

1 0 0 m o s t p o p u lo u s p ro to ty p e s

N a C l,c F 8 ,2 2 5 M g A l£O ¥,c F 5 6 , 2 2 7 G d F e O ¤,o P 2 0 ,6 2 C a T iO ¤,c P 5 ,2 2 1 M g C u £,c F 2 4 ,2 2 7 C a F £,c F 1 2 ,2 2 5 C e A l£G a £,tI1 0 ,1 3 9 C u ,c F 4 ,2 2 5 C a £N b £O ¨,c F 8 8 ,2 2 7 C u ¤A u ,c P 4 ,2 2 1 C s C l,c P 2 ,2 2 1 Z n S ,c F 8 ,2 1 6 L a A lO ¤,h R 3 0 , 1 6 7

F re q u e n c y p lo t o f n u m b e r o f rep re s e n ta tiv e s v e rs u s 10 0 (0 .2 5 % ) m o s t p o p u lo u s p ro to ty p e s

co n s id e rin g a ll d a ta co n ta in e d in L P F

3 0 0 0 1 0 0 39 '0 0 0

1 re pr e se ntative

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SLIDE 21

N a C l, cF 8, 22 5 C s C l,c P2 ,2 21

P N M D B

P N

M D A

S tru c tu re M a p

B ina ry A B C o m po un ds

P.V illa rs e t a l., J. A llo ys C o m p d., 3 6 7 (2 0 04 ) 16 7 -1 7 5

C la s s ic a l P ro toty p e C la s s ifica tio n

1 0 0 10 0

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SLIDE 22

A to m ic ¡E n v iro n m e n t ¡T y p e s ¡A E T ¡a re ¡ ¡fo r ¡a ll ¡is o ty pic ¡c o m p o u n d s th e ¡s a m e

N e a r ¡ N e ig h b o r ¡H is to g ra m ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ n ¡(n o ¡o f ¡n e ig h b o rs ) ¡v s . ¡d /d m in ¡ ¡ ¡ ¡A u

¡a s ¡c e n te r

¡ ¡ ¡ ¡S e

¡a s ¡ c e n te r W e ¡ d e fin e d ¡a n ¡A to m ic ¡E n v iro n m e n t ¡T y p e ¡( A E T ) , ¡a ls o ¡c a lle d ¡ c o o rd in a tio n ¡ p o ly h e d ro n , ¡a s ¡fo llo w s :

  • ­‑ ¡m a x im u m ¡g a p ¡ ru le ¡ ¡
  • ­‑ ¡m a x im u m -­‑c o n v e x -­‑v o lu m e ¡ru le

( B ru n n e r ¡ a n d ¡ S c h w a rz e n b a c h )

W e ¡ k e p t ¡th e ¡n u m b e r ¡o f ¡d iffe re n t ¡A E T s ¡in ¡a ¡p ro to ty p e ¡a s ¡s m a ll ¡a s ¡p o s s ib le .

A to m ic ¡E n v iro n m e n t ¡C la s s ific a tio n

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SLIDE 23

10 000 20 000 30 000 40 000 50 000 60 000 1 3 5 7 9 11 1 3 15 17 1 9 21 23 2 5 27 2 9 31 33 35

Number ¡of ¡compounds

N u m b e r ¡ o f ¡A E T s ¡p e r ¡ c o m p o u n d ¡ re s p e c tiv e ly ¡ n u m b e r ¡ o f ¡ p o in t ¡s e ts ¡ p e r ¡c o m p o u n d

n u m b e r ¡ o f ¡p o in t ¡s e ts ¡p e r ¡c o m p o u n d n u m b e r ¡ o f ¡d iffe re n t ¡ A E T s ¡p e r ¡c o m p o u n d

A lB 2,h P 3 ,1 9 1

A to m ic ¡ E n v iro n m e n t ¡C la s s ific a tio n

fa r ¡m a jo rity ¡le s s ¡th a n ¡5 ¡A E T ¡p e r ¡c o m p o u n d N a C l,cF 8 ,2 2 5

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SLIDE 24

ù X (a fte r M a rty n o v & B a ts a n o v )

ùR ß — Ý ¡ ¡ (a

fte r Z u n g er)

(G N )

1 .0 1 .5

  • 1 .5
  • 1 .0
  • 0 .5

0 .5

  • 0 .5
  • 1 .0
  • 1 .5
  • 2 .5

0 .5 1 .0 2 .0 1 .5 2 .5

  • 2 .0

Pre d ic tio n

M aterials P rope rty Used E lem ental P aram eters: Num b er o f used Data-S ets: Accuracy: : A ET Types (S R, X , V E 2,486 single environment compounds daltonide and berthollide com pounds 97% ingle E nviro nme nt)

  • c tah e dro n

rh om bic d ode ca hed ron cu bo ctahe dron

  • c tahe dro n

rh om bic d ode ca hed ron

A to m ic E n v iro n m e n t C la s s ific a tio n

S tru c tu r e M a p

V E < 2 . 7 5

( SZ )

a (A

N ,PN )

( R A ) ù

a ( A N ,P N )

P.Villa rs et a l., J . L e ss -C o m . M eta ls., 13 2 (1 9 87 ) 2 8 9 -3 1 5

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SLIDE 25

P re s e n tly ¡ P A U L IN G ¡ F IL E ¡c o n ta in s :

  • v e r ¡1 '0 0 0 '0 0 0 ¡

¡ p o in t-­‑s e ts ¡a n d ¡5 0 ¡A E T ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡

fu lly ¡o c c u p ie d

P ro to ty p e : ¡N a C l,c F 8 ,2 2 5

Is o ty p ic ¡c o m p o u n d s ¡(s a m e ¡p ro to ty p e ) ¡ m u s t ¡c ry s ta lliz e ¡in ¡ th e ¡s a m e s p a c e ¡g ro u p , ¡ h a v in g ¡ s im ila r ¡ c e ll ¡ p a ra m e te rs ¡o c c u p y ¡th e ¡s a m e ¡ W y c k o ff ¡p o s itio n s ¡in ¡th e ¡s ta n d a rd iz e d ¡d e s c rip tio n ¡a n d ¡h a v e ¡s a m e

  • r ¡s im ila r ¡va lu e s ¡ o f ¡ a to m ¡c o o rd in a te s ¡-­‑-­‑> ¡a to m ic ¡e n v iro n m e n t ¡s h o u ld

b e ¡s im ila r.

C la ss ic a l P ro to ty p e v s. A to m ic E n viro n m e n t C la s sific atio ns

In ¡ a v e ra g e ¡ 2 0 '0 0 0 ¡d iffe re n t ¡ p o in ts e ts ¡ p e r ¡A E T

H o p e le s s ¡?

¡ ¡A E T ¡c la s s ific a tio n

C la ss ic a l V ie w (S p a c e G ro u p T h e o ry) : P re s e n tly ¡ P A U L IN G ¡ F IL E ¡c o n ta in s : ¡ ¡ ¡ o v e r ¡3 9 '0 0 0 ¡ d iffe re n t ¡ p ro to ty p e s ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ w ith ¡in ¡ to ta l ¡3 9 7 '0 0 0 ¡e n trie s !! In ¡ a v e ra g e ¡ 1 0 ¡ ¡c o m p o u n d s ¡ p e r ¡ p ro to ty p e

¡ ¡ ¡ ¡p ro to ty p e ¡c la s s ific a tio n

A E T : ¡O c ta h e d ro n

A to m ic E n v iro n m e n t C las s ific a tio n :

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SLIDE 26

M a te ria ls G e n o m e In it ia tiv e (U S A ) 2 011 -2 02 0

M ater ia ls In fo r m atic s In itia tive (J a pa n ) 2 01 4- 20 25

M A R V E L In itia tive (S w itz e rla n d ) 2 01 4- 20 2 5

M ateria ls In fo rm a tic s In itia tiv e (J a pa n ) 2 01 4- 20 25 M a te ria ls G e n o m e In s titu te (M G I-S H U , C h in a ) M a te ria ls G e n om e E n g ine e r in g (U S T B , C h in a )

F o c u s in g o n A B b in a ry c o m p o un ds u s in g th e A to m ic E n viro n m e n t C la s s ific a tio n

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SLIDE 27

C h e m ic a l S y s te m s n ot y e t in ve s tig a te d n o co m p ou n d s fo rm e d n o A B c om p o u nd s fo rm e d A B c o m p o u n d s ( n o c rys ta l d a ta ) A B c o m p o u n d s w ith c ry s ta l d a ta c h e m ica l e le m e n ts To ta l D a ta s e t 2 1 4 8 1 (3 3 .9% ) 5 4 0 (1 2 .3% ) 7 9 4 (1 8 .2% ) 7 9 ( 1 .8 % ) 1 3 8 4 (3 1 .7% ) 9 3 ( 2 .1 % ) 4 3 7 1 D a ta s e t 1 1 4 8 0 (34 .5 % ) 7 6 0 (17 .8 % ) 8 3 9 (19 .6 % ) 7 3 ( 1 .8 % ) 11 2 6 (2 6 .3 % ) 4 2 7 8 In c lu d in g c h e m ic a l e le m e n ts + e x te n d e d s .s . L im ite d to th e rm od y n . d e fin e d A B fo rm e r

U se d D a ta b a se : PA U LIN G F ILE C D -R O M B in aries E d itio n

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SLIDE 28

s in g le a to m lin e a r n o n -line a r (c o- pla n a r) tria ng le (c o- pla na r) sq u a re te tra h e d ro n s q u a re p yra m id trig on a l pr ism

  • c t ah ed ro n

cu b e

tr ic a p p e d trig o n a l p ris m

c u b o c ta h e dr on ico s a he dr on

rh o m b ic d o d e c a h e d ro n h ep ta c a pp e d p e nta g o na l p ris m

A E T ¡ ¡ D a ta s e t ¡1

2 7 11 2 0

6 1

1 2

1 0 3

2 2 6

1 6

33 0 1 6 8

8

1 2 0 6 28 1 9 4

1 0 2

Structure Prototyping System as D

  • or to Fundam

entals

2 0 0 2 ¡A E T s ¡(1 5 ¡ m o s t ¡p o p u lo u s )

slide-29
SLIDE 29

P N P N

M D M D

vs . fo r E q ui-A to m ic B in a rie s

(C e n te r A ) (A to m ic E n v iro n m e n t B )

P N

M D

A

P N M D B

I F C o P d A u C d G a S i N B i T e H N i A g Z n A l C P b S b S e M g R b S r Y T h O P o In G e B r L i C s B a L a P r P m E u T b P B e H g C s C a S r F r R h P t B a F e W L a N b L i K R b T i P r F m S c Y R a P m C m C e T h A c N a S m P u N p P u E u N d G d C m A m U T b D y H o E s C f B k C l E r T m Y b F m L u R e M

  • Z r

V T a M

  • M

n R e R u C o Ir P d C u A u H g Z n B e L u T c W S m G d N b H f V P t U P a C f N i R h D y E r F e S i M g C d B S n P b G e A g N G a T l C In A l S S e O C r T e A s S b P O s B i T i C e N d S c H F P o C a C l I B r K H o T m Z r T a M n R u Ir C u B T l S n A s S R a A c N a F r P a N p A m B k E s T c Y b H f C r O s

D a ta se t 1

1 1 0 0 1 1 0 0

n o co m p o u n d s n o 1 :1 co m p o u n d ? un kn ow n s truc ture C co m p lex sin g le a to m 2 lin e a r 2 non -lin ear tria n g le sq u a re te trahe dron sq ua re py ram id trig o n a l p ris m

  • c ta h e d ro n

7-v erte x p oly he dron cu be tric a p p e d trig o n a l p rism 9 -1 1 o t h e rs (an ti)c ubo ctah ed ron ic o s a h e d ro n rh o m b ic d o d e ca h e d ro n 13 -16 othe rs pe ntac ap ped pen tago nal prism

C o o rd in a tin g ¡A to m s C e n tra l ¡A to m

slide-30
SLIDE 30

P N

M D A

P N M D B

I O P o B r H g In G e P F e R h P t B e F m T i N b W C l R b S r Y T h U P u C m C f S i N B i T e P d A u C d G a V M

  • R e

C o G d D y E r L u S b S e F K C a S c C e N d S m Z n A l C P b T c O s N i A g E s Y b Hf C r S H N a F r R a A c P a N p A m B k B T l S n A s R u Ir C u M g T m Z r T a M n P m E u T b H o C s B a L a P r L i A s S b B i O S S e T e P o H F C l B r I G a I n T l C S i G e S n P b N P C u A g A u B e M g Z n C d H g B A l R e F e R u O s C o R h I r N i P d P t Z r H f V N b T a C r M

  • W

M n T c D y C f H o E s E r F m T m Y b L u T i P m N p S m P u E u A m G d C m T b B k S c Y L a A c C e T h P r P a N d U L i N a K R b C s F r C a S r B a R a

D a ta ¡ s e t ¡2

1 1 0 0 1 1 0 0

T h e re ¡e x its ¡tw o ¡k in d s ¡ o f ¡in fo rm a tio n : a ) ¡S y m m e tric a l ¡a lo n g ¡ th e ¡d ia g o n a l, ¡lik e ¡ N o n -­‑F o rm a tio n , ¡e x is te n c e ¡ o f ¡ A B ¡C o m p o u n d s ¡ ¡ ¡ ¡ ¡w ith o u t ¡c ry s ta l ¡d a ta ¡a n d ¡N o n -­‑E x is te n c e ¡o f ¡A B ¡C o m p o u n d s . ¡ b ) ¡N o n -­‑s y m m e tric a l ¡a lo n g ¡th e ¡ d ia g o n a l ¡ lik e ¡th e ¡A E T ¡( it ¡is ¡n o t ¡a ¡m u s t ¡th a t ¡th e ¡A E T ¡ ¡ ¡ ¡ ¡o f ¡th e ¡c h e m ic a l ¡e le m e n t ¡A ¡(c e n tra l ¡ a to m ) ¡is ¡th e ¡s a m e ¡lik e ¡ th e ¡A E T ¡ o f ¡ c h e m ic a l ¡ ¡ ¡ ¡e le m e n t ¡B ¡(c o o rd in a tin g ¡a to m s ).

no co m p oun ds no 1:1 co m p oun d ? unk now n s truc t ure C co mp lex si ngle at om 2 linear 2 non - lin ear tria ng le sq uare te trahe dron sq uare py ram id trig on al p ris m

  • c tahe dro n

7-v erte x p oly he dron cu be tric ap ped trig ona l p rism 9-11 ot hers (an ti)c ubo ctah ed ron ic os ahedron rho m b ic dod eca hed ron 13-16 othe rs pentac ap ped pen t agonal pri sm

C o o rd in a tin g ¡ A to m s C e n tra l ¡ A to m

P N P N

M D M D

vs . fo r E q u i-A to m ic B in a rie s

(C e n te r A ) (A to m ic E n v iro n m e n t B )

slide-31
SLIDE 31

D a ta ¡ s e t ¡1

20 40 60 80 100 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2

MNmin / MNmax, central atom MNmin MNmin / MNmax, central atom MNmax maximum Mendeleev Number, MN max

no compounds single atom linear non-linear (co-planar) triangle (co-planar) square tetrahedron square pyramid trigonal prism

  • ctahedron

7-vertex polyhedron cube tricapped trigonal prism 9-11 vertex polyhedra (anti)cuboctahedron icosahedron rhombic dodecahedron 13-16 vertex polyhedra heptacapped pentagonal prism

m axim um M endeleev N um ber PN M

D m

ax

P N /P N P N

M D MD m i n

m ax m ax

, c en tra l a tom P N /P N P N

M D M D

m in m ax m in

, ce ntra l a to m

A to m ic ¡E n v iro n m e n t ¡S ta b ility ¡ M a p s ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ fo r ¡E q u i-­‑A to m ic ¡B in a r ie s

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SLIDE 32

R e s u lts :

1 ) ¡O n ly ¡6 ¡o f ¡1 5 ¡ ¡A E T 's ¡ a re ¡p o p u lo u s . 2 ) ¡T h e re ¡e x is t ¡c le a rly ¡ d e fin e d ¡A E T ¡ ¡ ¡ ¡ ¡d o m a in s . 3 ) ¡C h e m ic a l ¡ e le m e n ts ¡p re fe r ¡s tro n g ly ¡ ¡ ¡ ¡ ¡to ¡re a liz e ¡ju s t ¡o n e ¡k in d ¡o f ¡ A E T ¡w ith ¡ ¡ ¡ ¡a n o th e r ¡c h e m ic a l ¡e le m e n t. 4 ¡ ¡In ¡ e x tre m e ly ¡m a ny ¡c a s e s ¡th e ¡A E T ¡ o f ¡ ¡ ¡ ¡ ¡th e ¡b o th ¡c h e m ic a l ¡e le m e n ts ¡ A , ¡B ¡ ¡ ¡ ¡w ith in ¡th e ¡ s a m e ¡A B ¡c o m p o u n d ¡a re ¡ ¡ ¡ ¡ ¡th e ¡s a m e .

A to m ic ¡E n v iro n m e n t ¡ S ta b ility ¡M a p s ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ fo r ¡E q u i-­‑A to m ic ¡B in a rie s

20 40 60 80 100

MN

min / MN max, central atom MN max

MN

min / MN max, central atom MN min

maximum Mendeleev Number, MN max

0.8 0.6 0.4 0.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2

D a ta ¡s e t ¡ 2

m axim um M endeleev Num ber PN

M D m

a x

P N /P N P N

M D m in M D M D

m ax m a x

, central atom M N /PN PN

MD MD M D

m i n m a x mi n

, central atom

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SLIDE 33

M a te ria ls G e n o m e In it ia tiv e (U S A ) 2 011 -2 02 0

M ater ia ls In fo r m atic s In itia tive (J a pa n ) 2 01 4- 20 25

M A R V E L In itia tive (S w itz e rla n d ) 2 01 4- 20 2 5

M ateria ls In fo rm a tic s In itia tiv e (J a pa n ) 2 01 4- 20 25 M a te ria ls G e n o m e In s titu te (M G I-S H U , C h in a ) M a te ria ls G e n om e E n g ine e r in g (U S T B , C h in a )

F oc u s in g o n b in a ry to m ultin a ry c o m p o un d s u sing the A to m ic E n v iro n m en t C la s s ific a tio n

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SLIDE 34

s in g le at o m c ollin e a r n o n -c o llin e a r c o p la n a r tr ia n g le c o p la n a r s q u a re te t ra h ed r o n s q u a re py r a m id tr ig o n a l p ris m

  • c t ah e d ro n

c u b e

tric a p p e d trig o n a l p ris m

c u b o c ta h e d r o n ic o s a h ed ron

rh o m b ic d o d e c a h e d ro n F r a n k -K as p e r 1 6 - v e rte x

3 6 A E T re p re se n t o ve r 9 6 % o f a b o u t 1 '0 0 0 '0 0 0 a to m s (p o in t-s ets) e q u a l to 3 2 0 '0 0 0 d a ta se ts (3 7 '0 0 0 d iffe re n t p ro to ty p e s) m o s t p o p u lo u s c o n sid e re d

2 0 5 '4 6 4 1 4 1 '8 9 7 1 3 3 '7 4 0 1 1 7 '9 4 2 6 6 '3 1 2 4 3 '4 9 4 2 7 '9 9 3 2 5 '6 5 0 2 7 '9 0 0 1 9 '1 3 1 1 5 '4 7 7 1 5 '0 1 8 1 1 '8 8 0 1 0 '3 0 8 6 '5 5 5

A to m ic E n v ir o n m e n t T y p es C la s sific a tio n In a v era g e 28 '0 0 0 d iffe r en t p o in t-s e ts p e r A E T

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SLIDE 35

M a te ria ls G e n o m e In it ia tiv e (U S A ) 2 011 -2 02 0

M ater ia ls In fo r m atic s In itia tive (J a pa n ) 2 01 4- 20 25

M A R V E L In itia tive (S w itz e rla n d ) 2 01 4- 20 2 5

M ateria ls In fo rm a tic s In itia tiv e (J a pa n ) 2 01 4- 20 25 M a te ria ls G e n o m e In s titu te (M G I-S H U , C h in a ) M a te ria ls G e n om e E n g ine e r in g (U S T B , C h in a )

E ve n h a vin g in a v e ra g e 28 '0 0 0 d iffe re nt p o int-s e ts p e r A E T

w e ha d to s im plify the A to m ic E n viro n m e n ts Ty p e s (A E T ) to its C o o rd in a tio n N u m b e rs (C N s ) re s p . s o m e tim e s its C N s ra n g e s (b o n u s ) In d e p e n d e n t o f th e n u m b e r o f in v o lv e d c he m ica l e lem e n ts , a s w e ll a s of its sto ic hio m e tric ratio s

slide-36
SLIDE 36

C o o rd in a tin g A to m s

C en tral A to m s

C o o rd in a tin g A to m s C e n tr al A to m

G e n e ra liz e d A E T v e rs u s m a trix fo r A x B y C z ... c o m p o u n d s P N C e n tra l A to m s

M D

P N C o o rd in a tin g A to m s

M D

P.V illa rs e t a l., C h e m . M e t. A llo y s 1 (2 0 0 8 ) 2 1 0 -2 2 6

P N M

D

P N M D

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SLIDE 37

C entral A tom

E x p e rim e n ta l fa c ts

C o o rd in a tin g A to m s

P N M D

PN M

D

slide-38
SLIDE 38

n p (n+ 1 )

6

s

1

n p (n+ 1 )

6

s

2

n (n + 1 )s d

1 2

n (n + 1 )s d

2 2

n (n + 1 )s d

3 2

n (n + 1 )s d

4 2

n n + 1 )s d (

5 2

n (n + 1 )s d

6 2

n (n + 1 )s d

7 2

n (n + 1 )s d

8 2

n (n + 1 )s d

9 2

n (n +1 )s d

10 2

n ( n + 1 )s f -f

1 14 2

)( (n + 1 )( n +2 )s f -f

1 1 4 2

)( n s n

2

p

1

n s n

2

p

2

n s n

2

p

3

n s n

2

p

4

n s n

2

p

5

n s n

2

p

6

C o o rd in a tin g A to m s

n o n -fo rm e r

CN 14 ,16

C N 12 C N 2 -6 C N 2 ,3

C N 12-16 C N 4,6 C N 6 C N 4-9

C N 2-9 C N 1 2 ,1 4 C N 9 ,1 2 C N 8 ,9

C N 2,3

n p (n+ 1 )

6

s

1

n p (n+ 1 )

6

s

2

n (n + 1 )s d

1 2

n (n + 1 )s d

2 2

n (n + 1 )s d

3 2

n (n + 1 )s d

4 2

n n + 1 )s d (

5 2

n (n + 1 )s d

6 2

n (n + 1 )s d

7 2

n (n + 1 )s d

8 2

n (n + 1 )s d

9 2

n (n +1 )s d

10 2

n ( n + 1 )s f -f

1 14 2

)( (n + 1 )( n +2 )s f -f

1 1 4 2

)( n s n

2

p

1

n s n

2

p

2

n s n

2

p

3

n s n

2

p

4

n s n

2

p

5

n s n

2

p

6

C en tral A tom

n p (n+1 )

6

s

1

n p (n+1 )

6

s

2

n (n+1)s d

1 2

n (n+1)s d

2 2

n (n+1)s d

3 2

n (n+1)s d

4 2

n n+1)s d (

5 2

n (n+1)s d

6 2

n (n+1)s d

7 2

n (n+1)s d

8 2

n (n+1)s d

9 2

n (n+ 1)s d

1 2

n ( n +1)s f-f

1 1 4 2

)( (n+1)( n+2)s f-f

1 14 2

)( n s n

2 p 1

n s n

2 p 2

n s n

2 p 3

n s n

2 p 4

n s n

2 p 5

n s n

2 p 6

n p (n+1 )

6

s

1

n p (n+1 )

6

s

2

n (n+1)s d

1 2

n (n+1)s d

2 2

n (n+1)s d

3 2

n (n+1)s d

4 2

n n+1)s d (

5 2

n (n+1)s d

6 2

n (n+1)s d

7 2

n (n+1)s d

8 2

n (n+1)s d

9 2

n (n+ 1)s d

1 2

n ( n +1)s f-f

1 1 4 2

)( (n+1)( n+2)s f-f

1 14 2

)( n s n

2 p 1

n s n

2 p 2

n s n

2 p 3

n s n

2 p 4

n s n

2 p 5

n s n

2 p 6

P N M

D

P N M D

1 00

1 0 0

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SLIDE 39

12,14

12,14

12,14 2-6

2-9 2-9

12,14 CN ( ) of d atoms AET

9 M t Hs Bh Sg Db Rf La Ce Pr Nd S m Eu Gd Cm Am Pu Np U Pa Th Ac Be Uub Uut In Ga B C Sn Uuq Uup N O Si Mg S Se As Te Sb Uuh Uus I Br F Ne Ar Kr Xe Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Lr No M d Fm Es Cf Bk H Au Pt Ir Os Re W T a Hf Hg Pb Bi At Rn Li Na K Rb Cs Fr Ba Sr Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Zn Y Zr Nb Mo Tc Rh Ru Pd Ag Rg Ds Pm Cd Al P Cu Ge Cl He Uuo Ra Tl Po

12,14 12,14 2-6

2-9 2-9

12,14 CN ( ) of d atoms AET

10

for Be 12,14

M t Hs Bh Sg Db Rf La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Cm Am Pu Np U Pa Th Ac Be Uub Uut In Ga B C Sn Uuq Uup N O Si Mg S Se As Te Sb Uuh Uus I Br F Ne Ar Kr Xe Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Lr No M d Fm Es Cf Bk H Au Pt Ir Os Re W T a Hf Hg Pb Bi At Rn Li Na K Rb Cs Fr Ba Sr Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Zn Y Zr Nb Mo Tc Rh Ru Pd Ag Rg Ds Pm Cd Al P Cu Ge Cl He Uuo Ra Tl Po

12,14

12 12

12,14 12,14

2-6

4,6

12,14

2-6

2-9 2-6

12 CN ( ) of d atoms AET

7 M t Hs Bh Sg Db Rf La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Cm Am Pu Np U Pa Th Ac Be Uub Uut In Ga B C Sn Uuq Uup N O Si Mg S Se As Te Sb Uuh Uus I Br F Ne Ar Kr Xe Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Lr No M d Fm Es Cf Bk H Au Pt Ir Os Re W Ta Hf Hg Pb Bi At Rn Li Na K Rb Cs Fr Ba Sr Ca Sc Ti V Cr M n Fe Co Ni Zn Y Zr Nb Mo T c Rh Ru Pd Ag Rg Ds Pm Cd Al P Cu Ge Cl He Uuo Ra Tl Po M t Hs Bh Sg Db Rf La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Cm Am Pu Np U Pa Th Ac Be Uub Uut In Ga B C Sn Uuq Uup N O Si Mg S Se As Te Sb Uuh Uus I Br F Ne Ar Kr Xe Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Lr No M d Fm Es Cf Bk H Au Pt Ir Os Re W Ta Hf Hg Pb Bi At Rn Li Na K Rb Cs Fr Ba Sr Ca Sc Ti V Cr M n Fe Co Ni Zn Y Zr Nb Mo T c Rh Ru Pd Ag Rg Ds Pm Cd Al P Cu Ge Cl He Uuo Ra Tl Po

12,14

12

12,14 12,14 2-6

4,6 12,14 2-9 2-9

12 CN ( ) of d atoms AET

8 M t Hs Bh Sg Db Rf La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Cm Am Pu Np U Pa Th Ac Be Uub Uut In Ga B C Sn Uuq Uup N O Si Mg S Se As Te Sb Uuh Uus I Br F Ne Ar Kr Xe Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Lr No M d Fm Es Cf Bk H Au Pt Ir Os Re W Ta Hf Hg Pb Bi At Rn Li Na K Rb Cs Fr Ba Sr Ca Sc Ti V Cr M n Fe Co Ni Zn Y Zr Nb Mo T c Rh Ru Pd Ag Rg Ds Pm Cd Al P Cu Ge Cl He Uuo Ra Tl Po

G e n e ra liz e d M e n d e le e v Ta b le A E T g ra p h

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SLIDE 40

C e n tral A to m

The follow ing observations have been m ade:

G eneral Valid:

i) T h e C N a r e in d e p en de n t of th e st o ichio m e try, a s w e ll a s

  • f th e n u m b e r o f ch e m ica l e le m e nts in th e in o rg a n ic co m p o u nd :

th ey d e p e n d o n ly on th e [C e n tral A to m A - C o o r d in at in g A to m s B ] c o m b in a tio n s. ii) T h e re e x is t 21 d iffe re n t g ro u p s o f ch e m ica l ele m e nts ac ting a s C e n tra l A t o m A , w h ic h p re fe r pa rt icu la r C N s fo r d iffe ren t C o o rdin at in g E le m e n ts B , o r d o n o t fo r m [C en tr al A to m - C o o rdin at in g A to m s ] co m b ina tio n s w ith B . iii) C h e m ic a l e lem e n ts w it h P N > 5 4 d e fin e th e C N s t h e y a re p a r t of , re ga r d le ss o f w e th er th ey a ct a s C e nt r al o r a s C o o rdin at in g A to m s . iv) T he o b s e rv a tio n tha t th e n o n -e xiste n c e of [C e n tra l A to m - C o o rdin at in g A to m s ] co m b ina tio n s is c on s is te n t w it h th e n on - e xiste n c e o f a b in a ry e q u i- a to m ic c o m p o u n d fo rm e d b y t h e sam e che m i ca l el em e nt s

M D

C o o r d in a tin g A to m s